package com.fe.class10;

/**
 * 给定两个可能有环也可能无环的单链表，头节点head1和head2。请实现一个函数，如果两个链表相交，请返回相交的第一个节点。如果不相交，返回null
 * 【要求】
 * 如果两个链表长度之和为N，时间复杂度请达到O(N)，额外空间复杂度 请达到O(1)。
 *
 * @author sosuke :-)
 * @since 2022/6/5 10:50
 */
public class Code01_FindFirstIntersectNode {

    public static class Node {
        private int value;
        private Node next;

        public Node(int data) {
            this.value = data;
        }
    }

    /**
     * 判断链表是否有环，有环则返回入环节点，无环则返回null
     * <li>head1: 第一个链表  的 入环节点  loop1
     * <li>head2: 第二个链表  的 入环节点  loop2
     * <li>1、loop1 == null && loop2 == null    @1:两个无环链表的相交问题
     * <li>1-1、不相交, 各自独立的两条线，即：end节点地址不同
     * <li>1-2、如果相交: 两个链表的最后部分一定是公共部分，即：end节点地址相同
     * <br>快慢指针方式：长链表先走差值步，然后两个链表一起走，相遇节点为第一个相交节点
     * <li>2、一个有环一个无环，不可能相交
     * <li>2-1、loop1 != null && loop2 == null  不可能相交
     * <li>2-2、loop1 == null && loop2 != null  不可能相交
     * <li>3、loop1 != null && loop2 != null    两个有环链表的相交问题（如果两个有环链表相交, 他们一定是共用一个环）
     * <li>3-1、两个有环链表的入环节点是同一个节点，即：loop1 == loop2
     * <br>要求相交节点，可以将第一个入环节点看做终止位置, 转化为@1:求两个无环链表的相交问题, 环不用看了
     * <li>3-2、两个有环链表的入环节点不是同一个节点，即：loop1 != loop2
     * <br>让loop1开始往下走, 转一圈回到自己, 如果没有遇到过loop2说明两个链表不相交
     * <br>如果遇到loop2说明两个链表在环上不同节点相交，则返回任意节点即可
     */

    /**
     * 获取两个链表的第一个相交节点
     */
    public static Node getIntersectNode(Node head1, Node head2) {
        if (null == head1 || null == head2) {
            return null;
        }
        Node loop1 = getLoopNode(head1);
        Node loop2 = getLoopNode(head2);
        if (null == loop1 && null == loop2) {
            // 两个无环链表的相交问题
            System.out.println("head1和head2都是无环链表");
            return noLoop(head1, head2);
        }
        if (null != loop1 && null != loop2) {
            // 两个有环链表的相交问题
            System.out.println("head1是有环链表，入环节点node = " + loop1.value);
            System.out.println("head2是有环链表，入环节点node = " + loop2.value);
            return bothLoop(head1, loop1, head2, loop2);
        }
        // 一个有环一个无环，不可能相交
        System.out.println("head1和head2一个有环，一个无环");
        return null;
    }

    /**
     * 两个有环链表的相交问题，如果相交，则返回第一个相交节点；如果不相交，则返回空
     * <li>loop1 == loop2，两个有环链表的入环节点是同一个节点
     * <li>loop1 != loop2，两个有环链表的入环节点不是同一个节点
     */
    private static Node bothLoop(Node head1, Node loop1, Node head2, Node loop2) {
        Node cur1 = null;
        Node cur2 = null;
        // 两个有环链表的入环节点是同一个节点
        // 将问题转化成无环链表的相交问题，其中两个end节点地址相同，end节点为loop1或loop2
        if (loop1 == loop2) {
            cur1 = head1;
            cur2 = head2;
            int n = 0;
            while (cur1 != loop1) {
                n++;
                cur1 = cur1.next;
            }
            // 此时cur1指向head1的最后一个节点loop1
            while (cur2 != loop2) {
                n--;
                cur2 = cur2.next;
            }
            // 此时cur2指向head2的最后一个节点loop2
            cur1 = n > 0 ? head1 : head2; // cur1指向长链表
            cur2 = cur1 == head1 ? head2 : head1; // cur2指向短链表
            // 长链表先走差值步
            n = Math.abs(n);
            while (n != 0) {
                n--;
                cur1 = cur1.next;
            }
            // 两个链表一起走
            while (cur1 != cur2) {
                cur1 = cur1.next;
                cur2 = cur2.next;
            }
            // 此时两个链表相遇，相遇节点为第一个相交节点
            return cur1;
        }
        // 此时说明两个有环链表的入环节点不是同一个节点
        // 让loop1开始往下走
        cur1 = loop1.next;
        while (cur1 != loop1) {
            // 如果遇到loop2，说明两个链表在环上不同节点相交，则返回任意节点即可
            if (cur1 == loop2) {
                return loop1;
            }
            cur1 = cur1.next;
        }
        // loop1转一圈回到自己, 没有遇到过loop2，说明两个链表不相交
        return null;
    }

    /**
     * 两个无环链表相交问题，如果相交，则返回第一个相交节点；如果不相交，则返回空
     * <li>如果两个end节点地址不同，则说明不相交
     * <li>如果两个end节点地址相同，则说明相交
     * <ul><li>长链表先走差值步，然后两个链表一起走
     */
    private static Node noLoop(Node head1, Node head2) {
        if (head1 == null || head2 == null) {
            return null;
        }
        Node cur1 = head1;
        Node cur2 = head2;
        int n = 0;
        while (cur1.next != null) {
            n++;
            cur1 = cur1.next;
        }
        // 此时cur1指向链表head1的最后一个节点
        while (cur2.next != null) {
            n--;
            cur2 = cur2.next;
        }
        // 此时cur2指向链表head2的最后一个节点
        // 两个end节点地址不同，则说明两个链表不相交
        if (cur1 != cur2) {
            return null;
        }
        // 此时说明两个链表相交，最后部分一定是公共部分
        cur1 = n > 0 ? head1 : head2; // cur1指向长链表
        cur2 = cur1 == head1 ? head2 : head1; // cur2指向短链表
        n = Math.abs(n); // 两个链表的差值步
        // 长链表先走差值步
        while (n != 0) {
            n--;
            cur1 = cur1.next;
        }
        // 两个链表一起走
        while (cur1 != cur2) {
            cur1 = cur1.next;
            cur2 = cur2.next;
        }
        // 此时两个链表相遇，相遇节点为第一个相交节点
        return cur1;
    }

    /**
     * 获取链表的入环节点，如果链表无环，则返回空
     * <li>如果链表最后走到null，则说明链表无环
     * <li>快慢指针法，快指针一次走两步，慢指针一次走一步，当两个指针相遇时，将快指针指向头节点
     * <li>两个指针同时走，相遇节点即为入环节点
     */
    private static Node getLoopNode(Node head) {
        if (head == null || head.next == null || head.next.next == null) {
            return null;
        }
        // 此时链表可以走3步或以上
        Node slow = head.next;
        Node fast = head.next.next;
        while (slow != fast) {
            if (fast.next == null || fast.next.next == null) {
                // 链表走到null，则说明链表无环
                return null;
            }
            // 此时fast指针可以走两步
            slow = slow.next;
            fast = fast.next.next;
        }
        // 此时两个指针相遇，说明链表有环，将快指针指向头节点，两个指针重新开始走
        fast = head;
        while (slow != fast) {
            slow = slow.next;
            fast = fast.next;
        }
        return slow;
    }

    public static void main(String[] args) {
        // head1为无环链表
        // 1->2->3->4->5->6->7->null
        Node head1 = new Node(1);
        head1.next = new Node(2);
        head1.next.next = new Node(3);
        head1.next.next.next = new Node(4);
        head1.next.next.next.next = new Node(5);
        head1.next.next.next.next.next = new Node(6);
        head1.next.next.next.next.next.next = new Node(7);

        // head2为无环链表，与head1相交，第一个相交节点为6
        // 0->9->8->6->7->null
        Node head2 = new Node(0);
        head2.next = new Node(9);
        head2.next.next = new Node(8);
        head2.next.next.next = head1.next.next.next.next.next; // 8->6
        System.out.println("两个无环链表相交，相交节点node = " + getIntersectNode(head1, head2).value);
        System.out.println("===================");

        // head1为有环链表，第一个入环节点为4
        // 1->2->3->4->5->6->7->4...
        head1 = new Node(1);
        head1.next = new Node(2);
        head1.next.next = new Node(3);
        head1.next.next.next = new Node(4);
        head1.next.next.next.next = new Node(5);
        head1.next.next.next.next.next = new Node(6);
        head1.next.next.next.next.next.next = new Node(7);
        head1.next.next.next.next.next.next.next = head1.next.next.next; // 7->4

        // head2为有环链表，两个链表入环节点是同一个节点，第一个相交节点为2，第一个入环节点为4
        // 0->9->8->2...
        head2 = new Node(0);
        head2.next = new Node(9);
        head2.next.next = new Node(8);
        head2.next.next.next = head1.next; // 8->2
        System.out.println("两个有环链表相交，入环节点相同，相交节点node = " + getIntersectNode(head1, head2).value);
        System.out.println("===================");

        // head2为有环链表，两个链表入环节点不是同一个节点，第一个相交节点为6，第一个入环节点为6
        // 0->9->8->6->4->5->6..
        head2 = new Node(0);
        head2.next = new Node(9);
        head2.next.next = new Node(8);
        head2.next.next.next = head1.next.next.next.next.next; // 8->6
        System.out.println("两个有环链表相交，入环节点不同，相交节点node = " + getIntersectNode(head1, head2).value);
        System.out.println("===================");
    }
}
